结冰试验,主要研究飞机及其部件表面结冰的机理和积冰生长的过程,分析表面结冰冰形对飞机气动性能的影响,确定结冰区域及表面是否需要防冰等。防除冰试验,主要研究防除冰系统在自然结冰状态或设计状态下的防除冰效果,考核系统的工作性能,确定是否能够满足安全飞行的要求,同时给出防除冰系统优化和改进的建议。
防除冰系统试验通常分为冰风洞试验、干空气飞行试验、模拟结冰飞行试验和自然结冰飞行试验4类。
①冰风洞试验,是防除冰系统试验中最常用最基本有效的手段。冰风洞可以模拟高空中的飞行条件及气象环境,结冰云雾参数可控,试验结果真实。相较于飞行试验,试验成本低,安全性高,可操作性好。冰风洞试验可以研究冷水滴撞击、结冰机理、结冰特性,进行防除冰系统的性能评定及验证等。不足之处是冰风洞试验段尺寸有限,通常只能进行缩比模型、飞机局部段或部件的试验,需要通过一定的相似准则,对试验条件及结果进行推演及最终判定。
②干空气飞行试验,是指在结冰状态飞行试验前先进行的非结冰条件飞行试验。该试验主要检查飞机防冰系统功能是否正常,进行干空气条件下的防冰表面温度测试,通过试验结果与理论计算结果的对比,判定防冰系统的性能。还可以在干空气条件下进行模拟冰型试验,在飞机结冰表面固定不同形状及粗糙度的木质、泡沫或塑料冰模型,通过飞行试验,评估结冰冰型对飞机性能和操纵特性的影响。
③模拟结冰飞行试验,是指在实际飞行时,要找到与设计状态一致的气象条件很困难,使用喷雾飞机模拟自然结冰气象条件,进行整机或大部件飞行状态下的结冰试验。该试验不受自然条件限制,提高了飞行试验的安全性,可在很宽的气象条件范围内和各个飞行高度下对飞机防冰系统和防护区域进行评估。
喷雾飞机分为两种,一种是模拟结冰云雾的喷雾装置及试验件在同一架飞机上,喷雾装置安装在前方,飞机飞行过程中喷雾,试验件在产生的云雾环境中进行测试,这种方法主要适用于发动机、进气道、螺旋桨等位置的部件试验,不适用于整机试验;另一种是喷雾与试验件分开(见图),前一架飞机喷雾,对后一架飞机进行测试,前方带有水槽及喷雾装置的“水槽飞机”与后方安装试验件的飞机速度保持一致,保证试验稳定。
④自然结冰飞行试验,是指飞机在投入正式航线飞行前,必须进行的自然结冰条件下的飞行试验。飞机在典型的结冰气象条件及飞行包线条件下进行试飞试验,验证飞机防除冰系统在适航条例规定的结冰状态下是否能够保证飞机的安全运行。在实际的试验过程中基本不可能找到与设计状态完全相同的条件,因此通常选择尽可能严重的结冰条件进行验证,通过试飞状态点的计算分析结果和试验结果比对分析得出结论。